(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３４７．０〜５０．０モル％、ＮｉＯ１５．０〜２７．０モル％、ＺｎＯ１８．０〜２５．０モル％、ＣｕＯ７．０〜１３．０モル％を含む主成分１００重量部に対して、
副成分として、２価のＣｏを０．００１〜０．３重量部、３価のＢｉを０．００１〜０．３重量部、４価のＣｅを０．００１〜０．５重量部で含むニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物。
【請求項２】
前記各副成分は、酸化物（ｏｘｉｄｅ）または水酸化物（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）の形態で含まれる請求項１に記載のニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物。
【請求項３】
Ｖ、Ｍｏ及びＷからなるグループから選択される１種以上の５価金属をさらに含む請求項１に記載のニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物。
【請求項４】
請求項１に記載のニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物を利用した積層型チップ素子。
【請求項５】
請求項１に記載のニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物を利用したトロイダルコア。
【請求項６】
２５０以上の品質係数Ｑを有する請求項５に記載のトロイダルコア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物、及びそれを利用した積層型チップ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、積層型チップパワーインダクタなどのような磁性体セラミック部品の磁性材料としては、ニッケル−亜鉛フェライト（ＮｉＺｎ  ｆｅｒｒｉｔｅ）またはニッケル−亜鉛−銅フェライト（ＮｉＺｎＣｕ  ｆｅｒｒｉｔｅ）などが主に用いられている。
【０００３】
そのうちでも、焼結性をより増大させるために、ニッケル−亜鉛フェライトにＣｕを添加してニッケル−亜鉛−銅フェライトの三元系組成で主に製造しているが、前記Ｆｅの代わりに他の金属イオンを置換して製造することもある。また、ニッケル−亜鉛−銅フェライト（ＮｉＺｎＣｕ  Ｆｅｒｒｉｔｅ）においてＮｉ、Ｚｎ、Ｃｕの代わりに他の金属イオンを置換することもできる。即ち、イオン半径が近似している元素及び同一のイオン価を有する元素で置換して特性を改善している。
【０００４】
前記フェライト素材のうちでもＮｉＺｎＣｕフェライトが、積層型チップインダクタ、積層型チップビーズ、積層型パワーインダクタなどに最も一般的に用いられており、それを構成するＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ及びＦｅ２Ｏ３の含量を変化させることにより、ＮｉＺｎＣｕフェライトの透磁率、品質係数Ｑ、密度及び磁性特性を変化させて、所望の特性を実現している。
【０００５】
一方、このようなフェライト組成物を利用して積層型チップインダクタ、積層型チップビーズ及び積層型パワーインダクタのような積層型チップ素子を製作するにあたり、前記チップ素子における内部電極として銀（Ａｇ）が主に用いられている。
【０００６】
内部電極として用いられるＡｇは融点が９６１℃であるため、チップ素子を具現するためには９６１℃以下で焼成されるフェライト組成物が必要である。焼成温度を９００℃とすると、この際の焼結密度は少なくとも約４．８ｇ／cm３以上であることが好ましい。
【０００７】
また、積層型パワーインダクタの場合ＤＣ−ＤＣコンバータに用いられているが、一般的に高い品質係数Ｑを有することが有利である。品質係数Ｑは大きいほど良いが、これは、Ｑが大きいと損失が少ないということを意味するためである。品質係数ＱはＱ＝２πｆＬ／Ｒｓで表することができ、ここでｆは周波数、Ｌはインダクタンス値、ＲｓはＥＳＲ抵抗である。Ｒｓが小さいほどＤＣ−ＤＣコンバータの効率は増加するため、上記の式はさらにＲｓ=２πｆＬ／Ｑで表することができ、この際Ｑが大きいとＲｓが低くなる。即ち、Ｑを増加させることが、チップ素子において非常に重要な因子となることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２５５６３７号公報
【特許文献２】特開２００７−０７６９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、積層型チップ素子に用いられるフェライト組成物において、高いＱを有することによりＲｓ（ＥＳＲ抵抗）を低め、結果的に積層型チップ素子の効率を高めることができるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、前記フェライト組成物を利用して高い品質係数Qを有するトロイダルコアを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、前記フェライト組成物を利用して高い品質係数Ｑを有する多様な積層型チップ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の課題を解決するため、本発明の一形態によるニッケル−亜鉛−銅（ＮｉＺｎＣｕ）系フェライト組成物は、Ｆｅ２Ｏ３４７．０〜５０．０モル％、ＮｉＯ１５．０〜２７．０モル％、ＺｎＯ１８．０〜２５．０モル％、ＣｕＯ７．０〜１３．０モル％を含む主成分１００重量部に対して、２価金属０．００１〜０．３重量部、３価金属０．００１〜０．３重量部、及び４価金属０．００１〜０．５重量部で含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の一形態によると、前記２価金属、３価金属、及び４価金属は、各金属の酸化物（ｏｘｉｄｅ）または水酸化物（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）の形態で含まれることができる。
【００１３】
前記２価金属は、Ｃｏ、Ｍｇ及びＭｎからなるグループから選択される１種以上であることができる。
【００１４】
前記３価金属は、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなるグループから選択される１種以上であることができる。
【００１５】
前記４価金属は、Ｃｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＺｒからなるグループから選択される１種以上であることができる。
【００１６】
また、本発明の一形態によるフェライト組成物は、Ｖ、Ｍｏ及びＷからなるグループから選択される１種以上の５価金属をさらに含むことができる。
【００１７】
本発明の他の課題を解決するために、前記ＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物を利用した積層型チップ素子を提供することができる。
【００１８】
また、本発明の他の課題を解決するために、前記ＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物を利用したトロイダルコアを提供することができる。
【００１９】
前記トロイダルコアは、２５０以上の品質係数Ｑを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、ＮｉＺｎＣｕフェライトに２価、３価、及び４価金属を含ませることにより、品質係数Ｑ特性に優れたフェライト組成物を提供することができる。
【００２１】
また、前記フェライト組成物を利用して、焼結性、透磁率、及び品質係数Ｑ特性に優れたトロイダルコア及び積層型チップ素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態を説明するために用いられ、本発明を限定しようとするものではない。本明細書に用いられたように、単数型は文脈上異なる場合を明白に指摘するものでない限り、複数型を含むことができる。また、本明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された形状、数字、段階、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせが存在することを特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素、及び／またはこれらの組み合わせの存在または付加を排除するものではない。
【００２４】
本発明は、ＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物、それを利用したトロイダルコア及び積層型チップ素子に関する。
【００２５】
本発明によるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物は、Ｆｅ２Ｏ３４７．０〜５０．０モル％、ＮｉＯ１５．０〜２７．０モル％、ＺｎＯ１８．０〜２５．０モル％、ＣｕＯ７．０〜１３．０モル％を含む主成分１００重量部に対して、２価金属０．００１〜０．３重量部、３価金属０．００１〜０．３重量部、及び４価金属０．００１〜０．５重量部で含むことができる。
【００２６】
本発明のＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物は、焼結性及びＱ特性を増大させるために、前記主成分に２価、３価及び４価金属を添加することを特徴とする。しかし、前記２価、３価及び４価金属の添加量が特定範囲を超えると二次相が生成されるため、本発明では適切な添加重量比を制限した。
【００２７】
前記２価金属は、Ｃｏ、Ｍｇ及びＭｎからなるグループから選択される１種以上であり、このうちＣｏがもっとも好ましい。
【００２８】
前記２価金属は、ＮｉＺｎＣｕフェライト主成分１００重量部に対して０．００１〜０．３重量部で含まれ、前記含量が０．３重量部を超過する場合、透磁率が減少する可能性があるため好ましくない。前記２価金属の含量は酸化物に換算したものであり、前記２価金属は、例えば、ＣｏＯのような酸化物（ｏｘｉｄｅ）または水酸化物（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）の形態で含まれることができる。
【００２９】
また、前記３価金属は、Ｂｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなるグループから選択される１種以上であり、このうちＢｉがもっとも好ましい。
【００３０】
前記３価金属は、ＮｉＺｎＣｕフェライト主成分１００重量部に対して０．００１〜０．３重量部で含まれ、前記含量が０．３重量部を超過する場合、チップ製作の際にめっき滲みなどの不良が発生する可能性があるため好ましくない。前記３価金属の含量は酸化物に換算したものであり、前記３価金属は、例えば、Ｂｉ２Ｏ３のような酸化物（ｏｘｉｄｅ）または水酸化物（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）の形態で含まれることができる。
【００３１】
前記４価金属は、Ｃｅ、Ｓ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＺｒからなるグループから選択される１種以上であり、このうちＣｅがもっとも好ましい。
【００３２】
前記４価金属は、ＮｉＺｎＣｕフェライト主成分１００重量部に対して０．００１〜０．５重量部で含まれ、前記含量が０．５重量部を超過する場合、イオン半径の差によって単一相が生成されにくいため好ましくない。前記４価金属の含量は酸化物に換算したものであり、前記４価金属は、例えば、ＣｅＯ２のような酸化物（ｏｘｉｄｅ）または水酸化物（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）の形態で含まれることができる。
【００３３】
また、本発明の実施形態によるフェライト組成物は、Ｖ、Ｍｏ及びＷからなるグループから選択される１種以上の５価金属をさらに含むことができる。前記５価金属は、焼結性を向上させるために選択的に添加することができる。
【００３４】
また、本発明のＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物は、Ｆｅ２Ｏ３４７．０〜５０．０モル％、ＮｉＯ１５．０〜２７．０モル％、ＺｎＯ１８．０〜２５．０モル％、及びＣｕＯ７．０〜１３．０モル％を主成分として含む。
【００３５】
前記主成分においてＣｕＯは、焼結性を促進させ、保磁力を減少させる機能をするものであり、ＣｕＯの含量が増加するほど同一の温度での焼結性がより優れる。また、ＣｕＯの含量の増加は、保磁力を減少させる機能をし、強磁性体の性質を低下させる。従って、酸化物に換算したＣｕＯの含量が７．０モル％未満の場合、焼結が良好に進まないという問題があり、また、１３．０モル％を超過する場合、強磁性体の性質が低下するという問題があり得る。
【００３６】
また、前記主成分においてＮｉＯとＺｎＯは、透磁率および飽和磁化値の調節のためにその含量を適切に調節して含まれることができる。一般的に、ＮｉＯの含量が低く、ＺｎＯの含量が高いほど透磁率は高いと知られている。従って、所望の水準の透磁率に応じて、前記ＮｉＯとＺｎＯの含量を変化させることができる。
【００３７】
本発明では、１５．０〜２７．０モル％のＮｉＯと１８．０〜２５．０モル％のＺｎＯとが前記主成分に含まれる。ＮｉＯの含量が１５．０モル％未満の場合、飽和磁化値が小くなりキュリー温度（Ｃｕｒｉｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が低くなる。また、２７．０モル％を超過する場合、透磁率が低くなるという問題があるため好ましくない。
【００３８】
また、前記ＺｎＯの含量が１８．０モル％未満の場合は透磁率が低くなり、２５．０モル％を超過する場合は飽和磁化値が小くなりキュリー温度が低くなるという問題があるため好ましくない。
【００３９】
本発明によるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物は、２価金属、３価金属及び４価金属を含むことにより、品質係数Ｑ特性が非常に向上される効果を有する。
【００４０】
また、本発明によるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物は、９００℃以下の温度でも焼成が可能であるため、銀（Ａｇ）を内部電極として有するインダクタ部品でも、焼成時における内部電極の拡散を抑制することができるため、前記インダクタ部品の特性を改善させることができる。
【００４１】
本発明のＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物の製造方法について詳細に説明すると次のとおりである。
【００４２】
まず、フェライト原料を準備する。フェライト原料として、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕ、２価、３価、及び４価金属の金属塩を夫々準備し、これらを秤量する。この際に用いられる金属塩は上記のように、酸化物（ｏｘｉｄｅ）または水酸化物（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）が用いられることができる。
【００４３】
その後、前記材料を液状ミリングした後、乾燥オーブンで乾燥する。乾燥粉末を粉砕した後、７００〜８００℃温度で仮焼する。仮焼温度は、二次相であるヘマタイト（ａ−Ｆｅ２Ｏ３）相が生成されず、フェライト単一相が生成される温度に設定する。仮焼粉末をミリングにより粉砕し、最終のフェライト粉末を製造する。
【００４４】
このように製造されたフェライト粉末は、酸化物に換算した各含量がＦｅ２Ｏ３４７．０〜５０．０モル％、ＮｉＯ１５．０〜２７．０モル％、ＺｎＯ１８．０〜２５．０モル％、ＣｕＯ７．０〜１３．０モル％を含む主成分１００重量部に対して、２価金属０．００１〜０．３重量部、３価金属０．００１〜０．３重量部、及び４価金属０．００１〜０．５重量部で含まれることが好ましい。
【００４５】
本発明によるフェライト粉末は、公知の固相法、液相法により製造されることができ、その製造方法は特に限定されない。
【００４６】
一方、本発明によると、前記フェライト粉末を含むフェライト組成物を利用してフェライトシートを製造し、内部電極を印刷した後、打ち抜き、圧着及び切断工程を経て、焼成工程を経ることにより、チップパワーインダクタのような低温焼成磁性体セラミック部品を製造することができる。
【００４７】
また、前記フェライト組成物は、前記チップインダクタのような低温焼成磁性体セラミック部品の材料だけでなく、トロイダルコア形態のインダクタ材料にも用いることができる。
【００４８】
前記フェライト材料は、上記のような部品の製造に用いられる場合、８５０〜９２０℃、好ましくは８８０〜９２０℃の温度で焼結して、積層型チップビーズ材料、チップインダクタ及びトロイダルコアを提供することができる。
【００４９】
本発明の好ましい実施形態によると、前記トロイダルコアの品質係数Ｑは、２５０以上であることが好ましい。
【００５０】
以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれら実施例によって制限されることに解釈されてはならない。また、以下の実施例では、特定化合物を利用して例示したが、これらの均等物を用いた場合においても、同等類似の程度の効果を奏することができるということは、当業者において自明である。
【００５１】
実施例１〜３及び比較例１〜５
下記表１に示した組成を利用して、実施例と比較例によるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物を製造した。
【００５２】
各出発原料として、ＮｉＺｎＣｕフェライト金属、及び２価金属、３価金属、４価金属の酸化物を各含量に秤量して混合し、前記材料を液状ミリングした後、乾燥オーブンで乾燥した。乾燥された粉末を粉砕した後、７００〜８００℃温度で仮焼した。仮焼した後ミリング過程を経て、乾燥、解砕してフェライト組成物の粉末を得た。
【００５３】
【表１】
0005801776.tif 000002
【００５４】
実験例
【００５５】
前記実施例及び比較例により製造された各フェライト組成物をトロイダルコア形態に製造し、８８０〜９２０℃の温度で焼成した後、透磁率、Ｑ、密度などを測定した。透磁率及びＱは、トロイダルコアにワイヤを１０回巻線した後１Ｍｈｚで測定し、その結果を下記表２に示した。
【００５６】
【表２】
0005801776.tif 000003
【００５７】
前記表２の結果から、ＮｉＺｎＣｕ系フェライトに＋２価のＣｏＯ、＋３価のＢｉ２Ｏ３、＋４価のＣｅＯ２を添加することにより、品質係数Ｑが非常に増加することが分かる。また、＋５価のＶ２Ｏ５をさらに添加する場合（実施例２）、焼結性をさらに改善させることができた。
【００５８】
しかし、ＮｉＺｎＣｕフェライト主成分のみで構成された比較例１、また、２価金属、３価金属、及び４価金属を全て含まず、これらを１〜２種含む比較例２〜５の場合、焼結性、透磁率、品質係数Ｑが本発明の実施例によるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物を利用する場合より劣ることで測定された。
【００５９】
特に、本発明の実施例によるＮｉＺｎＣｕ系フェライト組成物を利用したトロイダルコアは、品質係数Ｑが２５０以上の高い値を有することが分かる。
【００６０】
このような結果から、本発明のようにＮｉＺｎＣｕ系フェライト主成分に２価金属、３価金属及び４価金属を含ませることにより、フェライトの焼結性、透磁率、及び品質係数Ｑ特性を全て改善させることができるということを確認した。